Свойства и характеристики фторопласта

28.01.2021

Свойства и характеристики фторопласта

Фторопласт создан в 1938 году. Он очень быстро стал популярным и востребованным материалом, который используется в самых разных отраслях – от медицины до военной промышленности. А все благодаря уникальным для полимеров свойствам. Чем же так хорош этот пластик? Предлагаем подробное описание свойств и физико-химических характеристик фторопласта, его преимуществ и недостатков.

Общие данные

Под названием «фторопласт» чаще всего имеется в виду Ф-4 (это самый распространенный и недорогой из всех фторопластов). Его химическая формула – (-C2F4-)n. В мире полимер известен по аббревиатуре PTFE (политетрафторэтилен, у нас ПТФЭ) и по многим фирменным названиям, которые прижились и стали общими (тефлон, галон, флубон, алгофлон, хостафлон, полифлон, гафлон, сорефлон).

Чистый фторопласт – это белый непрозрачный пластик, гладкий и скользкий на ощупь. Основные свойства, которые отличают его от других пластмасс:

высочайшая химическая инертность – устойчивость к кислотам, щелочам, нефтепродуктам, растворителям (выдерживает даже кипячение в «царской водке»);
устойчивость к воздействию водяного пара, полная неспособность к водопоглощению;
стойкость к воздействию высоких и низких температур (начинает плавиться при 327 °С, но не переходит в текучее состояние).

Если дополнить эти характеристики еще и высокими диэлектрическими и антифрикционными показателями фторопласта, можно увидеть, что такое сочетание полезных свойств не встречается ни в одном другом материале. Но даже его можно улучшить. Поэтому сейчас, кроме чистого полимера, производят фторопласт с наполнителями (добавляют в композиции графит, стекловолокно, порошки металлов).

Популярные марки фторопласта Ф-4 (и область их применения):

ПН (электротехника, изделия повышенной надежности);
О (изделия общего назначения);
Т (толстостенные изделия);
А (изостатическое и компрессионное прессование при производстве изделий точного размера);
С (специальные изделия высокой надежности).

Выпускают материал в виде готовых изделий, но чаще в форме заготовок – листов, пленок, втулок, стержней. Подробнее о разных марках полимера и особенностях его производства смотрите в нашей статье здесь.

Преимущества ПТФЭ:

малая пористость;
практически нулевое водопоглощение;
низкая адгезия;
низкий коэффициент трения;
химическая инертность;
биологическая инертность;
огнестойкость;
высокая электрическая прочность;
сохранение свойств даже при критических изменениях температуры;
низкая электропроводность (материал – диэлектрик, отличный электроизолятор);
простота механической обработки.

Недостатки:

низкая износостойкость;
высокая холодная текучесть;
способность образовывать летучие соединения, вредные для здоровья (правда, фторопласт выделяет их только при нагревании свыше 300 °С);
материал не поддается склеиванию (это следствие низкой адгезии).

Физико-химические свойства

Характеристика	Значение
Плотность, г/см³	2,14–2,26
Теплоемкость, кал/г·°С	0,25
Коэффициент теплового линейного расширения 1·10^-5°С	8–25
Теплопроводность, ккал/м, ч·°С	0,2
Температура стеклования, °С	-120
Температура плавления, °С	327
Минимальная рабочая температура, °С	-269
Максимальная рабочая температура, °С	260
Водопоглощение за 24 часа	0
Теплостойкость по Вика, °С	110
Термостабильность при 415 °С, ч, не менее	110
Температура разложения, °С	Более 415
Потеря массы при 420 °С за 5 часов, % за 3 часа	0,2
Атмосферостойкость	превосходная
Химическая стойкость	Все минеральные и органические кислоты, щелочи, органические растворители, окислители, газы

Пластик не смачивается водой и не поддается ее воздействию даже при длительных испытаниях. Он также устойчив к поглощению других веществ, на нем не образуются отложения.
Отлично переносит эксплуатацию в тропических условиях, не повреждается грибками и бактериями.
Химическая и биологическая инертность дают возможность использовать ПТФЭ в медицине и пищевой промышленности. Он совершенно не опасен, в обычных условиях не взаимодействует с физиологическими жидкостями и не выделяет вредных соединений.
Температурная устойчивость позволяет фторопласту сохранять стабильность и работоспособность в диапазоне -269…+260 °С.
Химически разрушить материал можно, только используя расплавы щелочных металлов, элементарный фтор, трехфтористый хлор (при высокой температуре).
Необычайно высокая химическая стойкость фторопластов – это результат высокого экранирующего эффекта, которым обладают электроотрицательные атомы фтора.
Полимер способен пропускать ультрафиолетовые лучи, он устойчив к окислению и гидролизу.
Высокая устойчивость к старению позволяет предоставлять длительный гарантийный срок хранения фторопласта без снижения качества – 20 лет и более.

Газопроницаемость ПТФЭ

Характеристика	Значение
Воздух	1,1·10^-9
Водород	6,3·10^-9
Кислород	2,3·10^-9
Азот	0,7·10^-9
Двуокись углерода	4,8·10^-9

Плавление и горение

При температуре плавления (327 °С) материал теряет кристаллическую структуру, становится аморфным и прозрачным. Но вплоть до начала термического разложения (415 °С) он остается в высокоэластичном состоянии, не переходя в вязкотекучее.
Материал горит только при доступе кислорода и наличии открытого огня (как только вытащить его из пламени, он потухнет). Фторопласт при горении не расплавляется, а обугливается и выделяет очень мало тепла – в 10 раз меньше, чем горящий полиэтилен. Во время горения в обычных условиях выделяются соединения фтора, который вреден для живых организмов (но в вакууме их выделения не происходит).
Полимер начинает разлагаться при температуре выше 415 °С.

Механические свойства

Характеристика	Значение
Предел прочности при растяжении, кгс/см²	200–300
Удлинение при разрыве, %:	300–350
относительное	350–500
остаточное	250–350
Предел прочности при сжатии, кгс/см²	120
Модуль упругости при сжатии, кгс/см²	7000
Предел прочности при статическом изгибе, кгс/см²	110–140
Модуль упругости при изгибе (при 200 °С), кгс/см²	4700
Удельная ударная вязкость, кгс·см/см²	более 100
Твердость по Бриннелю, кгс/мм²	3–4
Твердость по Шору при 20 °С:	–
шкала С	85–87
шкала D	55–59
Твердость по Роквеллу (шкала I)	80–95
Коэффициент Пуассона	0,45
Коэффициент трения по стали	0,2

Низкая поверхностная адгезия материала – это следствие его исключительно низкой поверхностной энергии.
При определенных условиях и без того низкий коэффициент трения может снижаться до 0,02.
Одно из важных эксплуатационных преимуществ фторопласта – возможность легко обрабатывать его механически. Он режется, сверлится, шлифуется.

Физико-механические свойства фторопласта зависят от температуры. Вот так, например, меняются показатели нагрузки, необходимой, чтобы вызвать деформацию сжатия (в таблице приведены величины нагрузок в зависимости от температуры, кгс/см²):

Деформация, %	-50 °С	0 °С	25 °С	50 °С	100 °С	150 °С	200 °С
1	203	157	62	49	31	17,5	11
2	304	210	92	66	39	27	20
3	350	236	105	77	48	33	27
4	374	251	120	85	59	39	31
5	390	262	127	92	62	44	35

А вот так изменяется предел текучести при растяжении:

Температура, °С	25	50	75	100	150	200	250
Предел текучести, кгс/см²	42,4	106,9	83,5	67,2	46,6	35,5	28,6

Электроизоляционные свойства

Характеристика	Значение
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см	10¹⁷–10²⁰
Удельное поверхностное сопротивление, Ом	не менее 10¹⁷
Электрическая прочность, В/м	не менее 25·10⁶
Диэлектрическая проницаемость при частоте 103 Гц	1,9–2,2
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 103 Гц	0,0002–0,0003
Дугостойкость, сек	250

Высокие диэлектрические показатели фторопласта обусловлены тем, что полимер не полярен.
При испытании на образцах миллиметровой толщины электрическая прочность составляет минимум 55 кВ/мм.

Возврат к списку